Woraus besteht die Kruste eines bewohnbaren Planeten mit Io-ähnlicher Heatpipe-Tektonik?

Der Jupitermond Io ist geologisch aktiv wie die Erde, erfährt jedoch Wärmerohrtektonik anstelle von Plattentektonik.

Heat-Pipe-Tektonik ist ein Abkühlungsmodus terrestrischer Planeten, bei dem der Hauptwärmetransportmechanismus auf dem Planeten der Vulkanismus durch die äußere harte Schale, auch Lithosphäre genannt, ist. Die Heatpipe-Tektonik beginnt, wenn der Vulkanismus zum dominierenden Oberflächenwärmeübertragungsprozess wird. Geschmolzenes Gestein und andere flüchtigere planetarische Materialien werden über lokalisierte Öffnungen aus dem Mantel an die Oberfläche befördert. Schmelzen kühlen ab und verfestigen sich und bilden Schichten aus kühlem vulkanischem Material. Neu ausgebrochenes Material lagert sich auf älteren Schichten ab und begräbt diese. Die Anhäufung vulkanischer Schichten auf der Schale und die entsprechende Evakuierung von Materialien in der Tiefe bewirkt den Abwärtstransfer von oberflächlichen Materialien, so dass die Schalenmaterialien kontinuierlich in Richtung des Planeteninneren absinken. - Aus Wikipedia

[Aus Wikipedia](https://en.wikipedia.org/wiki/Heat-pipe_tectonics)

Stellen Sie sich einen erdähnlichen Planeten mit einer Masse von etwa 1,5 Erdmassen vor, der eine ähnliche Erwärmung und Tektonik wie Io erfährt. Woraus würde die Kruste bestehen? Basalt, Andesit oder eine Mischung?

Am Beispiel von Io würde man Basalt erwarten. Basalt ist das, woraus die ozeanische Kruste der Erde besteht, und der Flutvulkanismus, der höchstwahrscheinlich einen Großteil der Oberfläche dieser Welt schaffen wird, schafft auch Basalt.

Andererseits entstehen Andesite, wenn flüchtiges Material in den Mantel einsinkt und durch Vulkanismus zurückkehrt. Auf der Erde entsteht Andesit in der Nähe von Subduktionszonen und reichert sich dort im Laufe der Äonen an. Auf dieser Welt würde jedoch überall eine Subduktion stattfinden, und so könnte sich überall Andesit bilden.

Einige mögen sich fragen, warum dies für mein Weltengebäude relevant ist, aber dies wird bestimmen, wie die Welt im Großen und Ganzen aussehen wird.

Silikatreiche Magmen entstehen typischerweise an zerstörerischen Plattengrenzen durch teilweises Schmelzen und/oder Assimilation von Krustengesteinen (die reicher an Kieselsäure sind als das Mantelgestein). Solche Magmen brechen als Andesite und Rhyolithe aus oder werden als Granitmassen eingedrungen. Die ausgedehnteren Silikatkettenmoleküle machen diese Magmen hochviskos, so dass sie bei einer Eruption normalerweise explosiv sind (z. B. Mt. St. Helens).

Silicaarme Magmen werden typischerweise durch teilweises Schmelzen von Mantelgestein unter mittelozeanischen Rücken oder an „Hot Spots“ wie Hawaii gebildet. Diese Magmen brechen als Basalte aus oder dringen als Gabbro ein und sind weit weniger viskos. Eruptionen sind im Allgemeinen überschwänglich. - Von der Geologischen Gesellschaft

Basaltisches Magma würde also bedeuten, dass die Welt ein flaches Profil hätte und Io sehr ähnlich sehen würde, und Andesit würde bedeuten, dass das Profil der Welt schärfer wäre, da die zähflüssigere Lava größere Berge bilden kann. Wenn eine Mischung aus, sagen wir, regelmäßigem andesitischem Vulkanismus und periodischem basaltischem Flutvulkanismus die plausibelste Antwort ist, wäre das ebenfalls interessant.

Wie wird also die Geologie dieser Welt aussehen? Andesit oder Basalt? Oder kann ich tun, was ich für plausibel halte, da mir niemand das Gegenteil beweisen kann?

Antworten (2)

Ich stütze diese Antwort auf das Papier Heat-pipe planets von Moore, Simon und Webb (2017, Paywall). Die Argumente des Papiers sind spekulativ, aber ich denke, die Ideen, auf denen sie ihre Argumente stützen, beantworten Ihre Frage. Ich empfehle, dieses Papier durchzulesen, wenn Sie Zugang haben oder erhalten können. Es scheint, dass die wahrscheinlichste Antwort auf Ihre Hauptfrage lautet:

Basalt

Mooreet. Al. argumentieren, dass Heatpipe-Vulkanismus eine Phase sein könnte, die terrestrischen (felsigen) Planeten während ihrer frühen Entstehung gemeinsam ist. Sie führen dieses Argument auf der Grundlage bestimmter beobachteter gemeinsamer Merkmale solarer terrestrischer Planeten an. Eines davon ist das Vorhandensein einer Kruste, die größtenteils aus mafischem oder ultramafischem Gestein (dh Basalten und ähnlichen Gesteinen) besteht. Um das Papier zu zitieren:

Der Heatpipe-Betrieb führt zu: 1) dicken, kalten und starken Lithosphären, obwohl der Wärmefluss hoch ist, 2) Dominanz von Druckspannungen, da vergrabene Schichten zu kleineren Radien gezwungen werden, 3) kontinuierlicher Ersatz von lithosphärischem Material, 4) hohe Schmelze -Fraktion (mafisch bis ultramafisch), Eruptionen mit niedriger Viskosität und effiziente Entgasung des Inneren und 5) ein schneller Übergang zu stagnierendem Deckel- oder Plattentektonikverhalten.

(Hervorhebung von mir)

Aufgrund der effizienten Entgasung des Inneren ist ein durch flüchtige Stoffe unterstütztes Umschmelzen unwahrscheinlich, und es ist weniger wahrscheinlich, dass sich mit Al und Si angereichertes Gestein bildet. Basierend auf meiner Lektüre dieses Papiers würde ich einen Planeten mit einer ziemlich glatten Oberfläche erwarten, die hauptsächlich aus Basaltgestein besteht. Die wichtigsten geografischen Merkmale, die Sie möglicherweise sehen, sind wahrscheinlich komprimierend (z. B. Verwerfungen und Falten).

Beachten Sie jedoch, dass Basalt möglicherweise nicht garantiert wird. Die Autoren schlagen eine geologische Geschichte des Mondes vor, die eine Heatpipe-Phase umfasst, während der das Vorhandensein von flüchtigen Stoffen im Inneren des Mondes es ermöglicht, dass schwimmendes Plagioklas-Gestein zur Oberfläche aufsteigt, bevor es in die Lithosphäre gemischt wird. Ihr vorgeschlagener Mechanismus geht mir ein wenig über den Kopf, aber mir scheint, dass, wenn Sie wollen, dass die Si- und Al-reiche Kruste, die Wärmerohrkonvektion relativ bald aufhören muss , oder das Plagioklas-Gestein im Laufe der Zeit durch mafisches Gestein ersetzt würde. Dies könnte passiert sein, um die Mondstute (die basaltisch sind) zu bilden.

Zum Schluss noch etwas, was für Sie interessant sein könnte: Die Autoren erwähnen in der Schlussfolgerung, dass externes Erhitzen (wie im Fall von Io) nicht der einzige Weg ist, einen Planeten zu bekommen, der lange in der Phase des Heat-Pipe-Vulkanismus bleibt Begriff. Hier ist der relevante Teil:

Da der Gleichgewichtswärmefluss eines Planeten als Masse/Fläche skaliert (für die meisten plausiblen Wärmequellen), sollten terrestrische Planeten, die massereicher als die Erde sind, vor dem Beginn der Plattentektonik längere Heatpipe-Episoden erfahren ... Für die großen "Super -Erden" über fünf Erdmassen kann die Lebensdauer der Heatpipe-Phase die Lebensdauer sonnenähnlicher Muttersterne übersteigen, und somit kann jede nachfolgende plattentektonische Phase beobachtet werden. Solche Planeten sollten besser "Super-Ios" genannt werden ...

Andesit, weil auf einem Planeten mit Leben Subduktion nicht überall vorkommen wird.

Sie haben ein System wie Io. Aber Sie wollen Leben, also brauchen Sie Zufluchtsorte, die nicht alle paar Jahre mit Lava bedeckt werden. Sie können Ihren Vulkanismus auf dauerhafte Rohre und Lavabecken wie Loki Patera beschränken.

Während Io Jupiter umkreist, zerren Gravitationswellen an seinem Inneren und lagern riesige Energiemengen ab, die dann an die Oberfläche steigen müssen. Aber der Mond hat keine tektonischen Platten, die Magma leicht durchschlüpfen lassen. Stattdessen steigt das Magma durch Rohre auf, ähnlich dem Vulkanismus, der Hawaii gebaut hat. Auf der Oberfläche von Io flammen periodische Eruptionen auf und erlöschen dann. Aber anderswo – vor allem bei Loki – scheint der Kanal durchgehend offen zu bleiben...

https://www.newscientist.com/article/2113305-window-to-hell-ios-strongest-volcano-changes-face-as-we-watch/

In dem riesigen Lavabecken Loki Patera steigt ständig Magma auf, kühlt ab und sinkt wieder ab. Und es macht Sinn - wenn es konstante Hitze und konstanten Druck und einen offenen Kanal gibt, um ihn zu entlasten, bleibt dieser Kanal offen.

In Ihrer lebensfreundlichen Welt könnten diese aktiven Schlote die Relikte weltumspannender Risse sein, selbst die Relikte einer Zeit, als die Oberfläche von gleichmäßig geschmolzenem Wasser abkühlte. Wie auf der Erde schwammen während dieser geschmolzenen Zeit leichtere Mineralien nach oben und wie auf der Erde wurden diese Bereiche zu Krusten. Schwerere Basalte sind auf die Regionen um die aktiven Schlote beschränkt und werden wahrscheinlich bald einfallen.

Danke für die Antwort. Dennoch bin ich mir nicht so sicher, ob ich Zufluchtsorte fürs Leben brauche. Selbst wenn sich die gesamte Oberfläche innerhalb von Zehntausenden von Jahren erneuert, wird das Leben Zeit haben, zu migrieren. Neue Vulkaninseln werden schnell besiedelt und können in Tausenden von Jahren reiche Ökosysteme entwickeln. Vor allem wenn man bedenkt, dass die Fähigkeit, schnell neue Regionen zu migrieren und neu zu besiedeln, durch natürliche Selektion auf dieser Welt gefördert wird.